Инструкция
1
Большинство сведений о сталях дает диаграмма состояния железо-углерод, точнее - ее левый нижний угол до 2,14% С (углерода), представленная на рисунке 1. По ней можно определить температуру плавления и затвердевания сталей и чугунов, интервалы температур при механической и термической обработке и еще ряд технологических параметров. Такие диаграммы построены практически для всех значимых сплавов. При создании легированных сталей также используются тройные диаграммы.
2
Эти диаграммы состояния получают квазистатическим (очень медленным) нагревом и охлаждением исследуемых твердых растворов при самых разнообразных их концентрациях. Фазовые превращения протекают при постоянной температуре, и поэтому температурные кривые на некоторое время образуют изотермические участки. Среди металловедов и металлургов всех стран существует негласное соглашение, согласно которому типичные точки на диаграмме железо-углерод обозначаются одними и теми же буквами. Стоит отметить, что такого подхода не существует при обозначении марок сталей, поэтому при решении задач по металлургии периодически могут возникать затруднения.
3
Металловедов более всего интересуют те участки диаграммы, где твердый сплав железо-углерод, собственно, и называют сталью. Здесь рассматриваются температуры, предшествующие жидкому состоянию сплава. Прежде всего, следует разобраться с основными фазами, обозначенными на диаграмме. Феррит – твердый раствор углерода в железе с кубической гранецентрированной решеткой (ГЦК). Аустенит – высокотемпературный феррит. У него объемоцентрированная решетка (ОЦК). Цементит – карбид железа (Fe3C). Перлитом называется феррито-цементитная структура. Есть и тонкости, такие как первичный и вторичный цементит, которые здесь следует опустить, как и ледебурит.
4
Для того чтобы проанализировать состояние стали при разных температурах, проведите на диаграмме вертикаль, соответствующую выбранной вами концентрации углерода. Так, при 0,4%С, после охлаждения ниже линии IE и вплоть до SE структура стали аустенит. Далее, вплоть до эвтектоидной температуры 768 °С, что соответствует линии PSK имеем состояние аустенит + цементит и вплоть до комнатной температуры – феррит + перлит. Таким образом, главная температура для технолога – 768 °С. Большинство среднеуглеродистых сталей легируют одним процентом хрома, что понижает ее температуру, примерно, до 720 °С.
5
На диаграмме состояния отсутствует такая важная фаза стали, как мартенсит. Фактически это метастабильный аустенит, который не успел превратиться в перлит в силу высокой скорости охлаждения стали (закалки). Мартенсит обладает значительной твердостью и при комнатной температуре метастабилен чисто условно, так как для перехода в перлит ему просто не хватает внутренней энергии. Однако при таком превращении в стали возникают высокие внутренние напряжения, что может привести к образованию трещин. Эти процессы поднимают еще один вопрос для технолога – правильное проведение отпуска закаленной стали, который снимает внутренние напряжения, повышает порог хладноломкости, но также убавляет твердость. Решая такую задачу, приходится делать выбор между потерями и приобретениями.
6
Для определения температуры нагрева при закалке диаграммы состояния просто бесценны. Оказывается, что при концентрациях углерода ниже тех, что соответствуют точке Р диаграммы, нелегированная сталь «не калится». На протяжении всей линии PSK (а вам требуется не более 2,14% углерода) – это температура примерно равная 780 °С. Перегрев свыше эвтектоидного допустим, но не следует забывать, что это вызовет рост зерна аустенита и прочих после закалки. Последствия которого будут только отрицательные.
